Основы теории теплообмена Кутателадзе С.С. (1013620), страница 41
Текст из файла (страница 41)
ненты (собственно тел, образующих пакет). Пористость монодисперсного слоя шаров меняется от 0,476 при максималь. но рыхлой структуре до 0,259 при максимально плотной структуре. В первом ж ~ ежа ьВ Я вя~ ® Рис. !5.!5. Регулярные расположения шаров, поддерживающих друг друга, в про странстве: ! — вид сверху; П вЂ” вид спереди приближении связь между пористостью слоя и числом мест контактов данного шара с соседними (координационное число д/а) линейна: гр = 0,693 — 0,0372й/я. (15.3.2) Средняя расходная скорость течения сквозь слой определяется как (1 5.3.3) Здесь 6 — массовый расход газа (жидкости) через поперечное сечение слоя плошадью Й; р — плотность текущей среды.
Средняя максимальная расходная скорость течения определяется по минимальному проходному сечению слоя ф. Для монодисперсного слоя шаров шнапс 0/(11рф). (15.3.4) Для кубической структуры слоя Ф = 0,476 и ф = 0,215; для тетраэдрической Ф = 0,259 и еР = 0,0931. Эквивалентный гидравлический диаметр слоя определяется формулой (1 5.3.5) 77, = 4Ф/(/е (1 — ФН св Ь/е — — ры'. пх 2<рз Для моноднсперсного слоя шаров — г/р/г/х = Зьв ргиз/(Фз/Э) (15.3.6) (15.3.7) Коэффихиент гидравлического сопротивления в последней формуле определяется эмпгоическими зависимостями: 0 < Яе, < 2 10'! Ьв = 36,4/це, +0,45; 2.10' < ясев < 1 10' ь = 1,09/!сев".
(15.3.8) 216 где /е — удельная поверхность частиц. Для шара /е = 6/я). Многие расчетные формулы по сопротивлению и теплоотдаче в слоях частиц построены по эквивалентному диаметру и средней расходной скорости. Соответствующее выражение для градиента давления по толщине слоя имеет вид При ламинарном режиме течения в слое коэффициент теплоотдачи от сферических частиц к протекающей жидкости может быть определен по формуле Пфеффера: (15.3.9) Гмп = 1((р) 1(е!(3, )5(З (' (ф)— 2 — з(1 — р) ( +з(1 — р) ( — 2(1 — рр 13 53 где На рис. 15.16 приведен ряд экспериментальных данных М.
Э. Аэрова и О. М. Тодеса о зависимости Ып (Рг, Ке) в области чисел Рейнольдса частицы с о. Г ш (Оо 101 Ю' Фл((во Рис. 15.16. Результаты опытов по испарению элементов зернистого слоя из нафталина в газ: СЬ (д. °, °, (3 — столькие шарики (О =5,19+19,35 мм); х, 4 — каталкоатар таблетка (О=6.65 мм, Н 6,95 мм к О 9,1 мм, Н=)9,3 мм); Ь вЂ” кольца Рашкга (О=Н=3 мм) 15.4. КИПЯЩИЙ СЛОЙ Если слой частиц удерживается в неподвижном состоянии некоторой объемной силой (гравитационной, центробежной, магнитной), то при достижении определенного значения динамического напора текущей через слой жидкости наступает нарушение устойчивости и возникает так называемое псевдоожиженное состояние слоя твердых частиц.
Такой взрыхленный динамическим воздействием жидкой среды слой называют также кипян(ил(. Возникновение кипящего слоя можно характеризовать первым критическим значением скорости течения жидкости через слой. Полное разрушение, сопровождающееся выносом всех или большинства частиц слоя, характеризуется второй критической скоростью течения жидкости через слой. В промежуточной области кипящий слой обладает механизмом саморегулирования, основанным па дисбалансе подъемной силы, действующей на частицы, и изменением скорости течения с изменением порозности слоя.
Повышение динамического напора в какой-то части слоя приводит к увеличению свободного прохода для текущей 217 слоя от 0,2 до 1000. Эти опыты для различных областей изменения (хе описываются зависимостями 1(со(2; Хна=0,51Рг))3 Кео оо. 2(йео (30; Ип, = 0,72 Рг((з Кео " 1ьео) 30; Хна= 0,39 Рг))з )Сео,оо среды и, следовательно, к уменьшению ее скорости и динамического воздейсг. вия на твердые частицы. Однако такой слой обладает рядом неустойчивостей, о которых кратко будег показано в соответствующем разделе этой главы.
Пока что мы будем считать ею достаточно однородным. Основным условием возникновения псевдоожиженною слоя является равенство градиента гидродинамического сопротивления в слое насыпному весу этого слов (рис. 15.17). Эффективная модель однородиогю монодисперсного кипящего слоя шаров была предложена М.
А. Голь„' штиком. Геометрия такого слоя опрь деляется формулами »р = 1 — (1 — фа) ( 1 . (15.4,1) ~ ! — Ч'а/ Рис. 18,!7, Зависимость критического числа Здесь а — расстояние между частица. Рейкольдса начала всевдоожвжевив от чвс- ми слоя; гр — порозность кипящею ла Архимеда слов слоя; гра — порозность плотного слои с тем же расположением частиц; й!- минимальное проходное сечение; фо — минимальное проходное сечение а плотном слое. Для кипящего слоя можно принять ф- 1 1,17(1,0) 1», (15.4.2) 000 0 1 0,7 аар Рис. !8.гв.
Зависимость Р от порозвости гр Ре = (1 гр)Р«С г 20 в (15.4.4) где С вЂ” средняя скорость хаотического движения частиц, а 1 — расстояние между частицами, определяющие длину их свободного пробега. М. А. Гольдштик показал, что основную роль в генерации хаотического движения частиц кипящего слоя играет поперечная сила Магнуса, возникающая при обтекании вращающегося тела. В результате представляется разумной следующая модель кипящего слоя.
Возникновение движения обусловлено гидродинамической неустойчивостью 218 Двужидкостная модель кипящего слоя предполагает, что хаотическое два жение твердых частиц аналогично движению молекул и, следовательно, в прв. ближении элементарной (бернуллиевской) мо. 016 дели газа можно написать уравнение им. пульсов в следующем виде: ! ар« ~ Зйга~ р гГл — = (1- р) ~ -а(р,— р), (1548) 40ф где р, — парциальное давление «газа твей. дых частиц»; х — координата, направлеинаа против вектора силы тяжести. В плотном кипящем слое частицы расла. ложены так близко друг к другу, что в про. цессе их соударений с контрольной площадкой участвует лишь один ближайший слой (гипотеза монослойной экранировки взаимо! действия частиц).
Тогда парциальное давлс. ние «газа твердых частиц» определяется иа. вестным соотношением кинетической теории газов: конфигурации покоя, возникающей при достижении критической скорости фильтрации. После возникновения движения решающую роль приобретает передача энергии от потока жидкости к слою частиц с помощью эффекта Магнуса. Этот эффект возникает вследствие вращения частиц, поддерживаемого в про- р, ка/м' р,ка'м 000 400 0 0,2 04 Я 10'м/с тз,кз,м' 20 2ОП 10 о 0,10 0,20 02б 020(,м 0 01 02 ).,м Рис. 15.19.
Распределение плотностей в полидисперсном кипящем слое при различных скоростях потока (а), по высоте кипящего слоя (б) н по высоте кипящего слоя для зон малых плотностей (и) нессах соударений друг с другом и стенкой. Сила взаимодействия потока с вра- щающимися частицами при и )) С может быть записана формулой = ()/1018) рпОв то С. (15.4.5) Окончательное выражение для им- пн пульса имеет вид 107рт щз, Рт = (1 дз)з, г (гр) 10 (15.4.6) Здесь й — коэффициент восстановле- 10 ння для неупругого удара. Максимальное значение импульса имеет место при гр =- 0,65 (рис. 15.18).
Для устойчивости плотного слоя необходимо выполнение условия г!р,/г((!— — гр) < О, что возможно при гр < 0,65. Отсюда можно показать, что усло- ВИЕМ СУЩЕСтВОВаНИЯ ПЛОТНОГО СЛОЯ Рис )З.ОО, теплоотдача в кипящих слоях: является неравенство à — область ансперимеитальных данных; 2 — расчетная зависимость 0,17 < и,'ыте < 0е42 (15 4.7) где ща — скорость свободного витания частицы.
Реальный переход от состояния плотного слоя к состоянию квазиравновесного витания определяется пунктирным прямоугольником на рис. !5.18. Эксперимент подтверждает, что над плотным слоем частиц может иметь место слой весьма малой концентрации, т. е. «пар» из частиц, выносимых из основного слоя. Скорость витания определяется известной формулой (! 5А.8) 219 где ьо — коэффициент гидравлического сопротивления твердой частицы, Нз рис. 15.19 приведены экспериментальные данные, подтверждающие эту ио.
;' дель для плотных слоев. Как видно из рис. 15.20, в принятых координатах опытные данные имени достаточно большой разброс, т. е. здесь еще далеко до однозначных резуль. татов. Для оценок можно пользоваться формулой )х)ц ж О,ОЗРг')з Где . 1О.а. ИеОднОРОЦИОсти и неустОйчиВОсти В СЛОЕ ЧАСТИЦ Здесь нет возможности сколь-либо подробно осветить эту важную технологическую проблему, и мы ограничимся только одним примером. В неподвижных слоях возникают пристенный эффект и неоднородность плотности распределения частиц по слою. На рис.
15.21 приведены соответ. И,мм 6,мм бао гао гоо (00 100 0 бао (000 р, кз/мз 0 б (О 40 00 д;Х л б Рис. !З.21. Распределение локальной плотности р (о) и ее относительной пульсации о (б) по осн колонки для разных значений высоты неподвижного слоя Ем мм ствующие данные для одного из реакторов по М. Э. Аэрову и О. М. Тодес). Газораспределителем в данном случае служит перфорированная решетка. В кипящем слое малой высоты поток жидкости (газа) может пробивать каналы, в результате чего значительная часть текучей среды проходит без взаимо.
действия с твердыми частицами. 220 В слое возможно образование пузырей, т. е. пространства, практически не заполненного твердыми частицами. Во вращающихся неконцентрированных слоях возникают неустойчивости типа волн на внешней границе слоя, образования «рукавов», удивительно напоминающих фотографии спиральных галактик, собирание частиц в большие хамки, совершающие индивидуальное вращение в закрученном потоке текущей среды. Все эти эффекты влияют и на процессы теплообмена в слое. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРА ТУРБ! !.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
